Fundamentos de la Propagación del Sonido y Acústica Física

Transmisión y Propagación del Sonido

La transmisión del sonido implica reflexiones en su camino. Una señal de audio genera el movimiento de moléculas y electrones, transfiriendo energía desde la fuente. Estas partículas se desplazan hacia adelante y hacia atrás en un medio elástico. Las ondas longitudinales se desplazan en la misma dirección que la propagación de la onda, y sus valores se repiten por encima y por debajo del eje. Un ciclo puede empezar en cualquier punto. Las transmisiones requieren un medio para transferir energía mediante la transducción, que incluye fases de compresión y enrarecimiento (parte baja).

Variables y Fórmulas Fundamentales

• T (Periodo): Tiempo de ciclo medido en segundos (s).
• F (Frecuencia): Ciclos por segundo (Hz).
• L (Longitud de onda): Distancia física de un ciclo.
• C (Velocidad): Velocidad de propagación en el medio.

La combinación de longitudes de onda puede resultar en una suma máxima o una cancelación máxima. El tamaño es proporcional a la velocidad de transmisión. Las fórmulas principales son:

• T = 1 / F
• F = 1 / T
• L = C / F
• Velocidad para temperatura: c = 331,5 + (0,607 x t en ºC)

Percepción Sonora

La percepción del sonido es logarítmica; para aumentar el doble la sensación, es necesario aumentar 10 veces la intensidad de la fuente. Según la ley de Weber-Fechner, la sensación también depende de la frecuencia.

Magnitudes Acústicas

• Potencia: Energía emitida por la fuente en 1 segundo, medida en Watts (W).
• Intensidad: Potencia transferida por una onda por unidad de área normal a la dirección de propagación.
• Presión: Determina la intensidad del sonido que genera una presión sonora.

Cualidades del Sonido

• Intensidad: Depende de la amplitud de onda; distingue entre tonos fuertes y débiles.
• Tono: Depende de la frecuencia; permite distinguir entre graves, medios y agudos.
• Timbre: Depende de los armónicos y la frecuencia fundamental; permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y tono gracias a la estructura armónica del sonido.

Ondas Complejas y Valores de Medida

• Sonido periódico: Contiene sobretonos que son múltiplos de la frecuencia fundamental.
• Sonido no periódico: Formado por conjuntos aleatorios de armónicos.
• RMS (Valor Eficaz): Amplitud promedia calculada como la raíz cuadrada de la media de la suma de los valores instantáneos.
• Factor Cresta (FC): Diferencia de 3 dB entre el valor de pico (Vpk) y el RMS. Se mantiene constante mientras sea una sola frecuencia; si tiene varias, es volátil.
• Pico transitorio: Señales momentáneas que se suman y crean un pico mayor. El FC es la relación variable entre el valor de pico y el RMS (típico en música es de 12 dB).

Audio Digital y Niveles

El dB Full Scale (dBFS) es la abreviatura para niveles de decibelios en sonido digital. El nivel máximo disponible en PCM es 0 dBFS, el cual dependerá del bit de muestreo. En un Vúmetro de audio, la resolución óptima es 0 (rango entre -20 y +3); en digital, el rango suele estar entre -20 y -12, situando la referencia en -18 dBFS.

Fenómenos Ondulatorios

Reflexión

Requiere dos condiciones: que la superficie no sea totalmente absorbente y que su dimensión sea más grande que la longitud de onda. La ley establece que el ángulo de incidencia es igual al ángulo reflejado.

Refracción

Ocurre cuando las ondas pasan de un medio a otro, provocando un cambio de densidad, un cambio en la velocidad de propagación y un cambio de dirección. Se rige por la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción del medio.

Difracción

Es el rodeo de ondas por un obstáculo; ocurre si el obstáculo es menor que la longitud de onda.

Ley del Cuadrado Inverso

La intensidad decrece con el cuadrado de las distancias. Al doblar la distancia, la energía atraviesa un área 4 veces mayor, reduciendo su concentración.